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1、第第4 4节节 化学反应条件的优化化学反应条件的优化 -工业合成氨工业合成氨于于1931年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖 于于1918年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖 于于2007年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖格哈德格哈德.埃特尔埃特尔分析该反应的特点：分析该反应的特点：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K时时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 【问题问题】如果你是合成氨工厂的厂长如果你是合成氨工厂的厂长的话，工业生产时你主要考虑哪些问的话，工业生产时你主要考虑哪些问题？题？ 经济效益和社会效益经济效益和社会效益 增大化学反应速率增大化
2、学反应速率单位时间内产率高单位时间内产率高增大化学反应限度增大化学反应限度原料的利用率高原料的利用率高另外还要考虑生产中的另外还要考虑生产中的消耗能源消耗能源、原料来源原料来源、设备条件设备条件、环境保护环境保护等因素。等因素。温故知新温故知新影响化学反应速率和化学平衡影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化学反应速率化学反应速率 化学平衡化学平衡气体压强气体压强温度温度催化剂催化剂反应物浓反应物浓度度温度越高温度越高,反应速反应速率越大率越大压强越大压强越大,反应速反应速率越大率越大催化剂加快反应速催化剂加快反应速率率反应物浓度越大反应物浓度越大,反反应速率越大应速率
3、越大升高温度升高温度,平衡向吸平衡向吸热反应方向移动热反应方向移动增大压强增大压强,平衡向气体平衡向气体体积减小的方向移动体积减小的方向移动催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响增大反应物浓度增大反应物浓度,平平衡正向移动衡正向移动反应物的浓度反应物的浓度催化剂催化剂温度温度压强压强增大反应速率增大反应速率外界条件外界条件增大反应限度增大反应限度平衡分析平衡分析【学以致用学以致用】 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H= -92.2KJmol-1 研讨的内容研讨的内容研讨的问题研讨的问题 学习小组学习小组1、既然增大压强既可提高反、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，应速率，
4、又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否那么在合成氨工业中压强是否越大越好？越大越好？压强怎么定？压强怎么定？2、既然降低温度有利于平衡、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？产中是否温度越低越好？3、 催化剂对化学平衡的移动催化剂对化学平衡的移动没有影响，没有影响， 在合成氨工业中要在合成氨工业中要不要使用催化剂不要使用催化剂，为什么为什么？温度怎么选择？温度怎么选择？要不要用催化要不要用催化剂？剂？讨论结束后，讨论结束后，1、2、3组分组分别展示第别展示第1、2、3个问题答案；个问题答案；4、5、6组分组分别对别对1、2、3组进
5、行评价补组进行评价补充。充。1、压强怎么选？、压强怎么选？1组展示、组展示、4组进行评价补充。组进行评价补充。2、用不用催化剂？、用不用催化剂？2组展示、组展示、5组进行评价补充。组进行评价补充。催化剂对合成氨反应速率的影响条件条件Ea /KJ.mol-1k(催催)/k(无无)反应速反应速率常数率常数无催化剂无催化剂3353.41012(700k)使用使用Fe催化剂催化剂167 使用催化剂可使合成氨反应使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高的速率提高上万亿倍上万亿倍。【数据支持】3、温度怎么选择？、温度怎么选择？3组展示、组展示、6组进行评价补充。组进行评价补充。外部条件外部条件工业合成氨选择的
6、适宜条件工业合成氨选择的适宜条件压强压强催化剂催化剂温度温度课本68页第二自然段研讨的结果？【信息支持】一定温度压强下、氮气、氢一定温度压强下、氮气、氢气的投料比与平衡时氨气含气的投料比与平衡时氨气含量的关系量的关系实验实验研究表明研究表明，在特定条件在特定条件下，合成氨反应的速率与反下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为应的物质的浓度的关系为: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 【分析分析】（1）各物质的浓度对反应速率有哪些影响各物质的浓度对反应速率有哪些影响？（2）增大哪种反应物的浓度对反应速率影响更）增大哪种反应物的浓度对反应速率影响更大一些？氨为什么要及时分离？大一
7、些？氨为什么要及时分离？（3）氮气和氢气投料比为什么是）氮气和氢气投料比为什么是 1:2.8 ? （4）氮气氢气为什么循环使用？）氮气氢气为什么循环使用？阅读课本第阅读课本第67页最后页最后一自然段至一自然段至68页页条件条件工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件压强压强催化剂催化剂温度温度表四研讨的结果 适宜温度适宜温度 700K左右左右使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂氮气和氢气投料比氮气和氢气投料比1:2.8氨及时分离、氮气氢气循环利用氨及时分离、氮气氢气循环利用浓度浓度 高压高压 107-108Pa加加压压抽离液氨抽离液氨分离液氨分离液氨除去气体中的除去气体中的油雾、水，防油雾、水
8、，防止催化剂中毒止催化剂中毒合成氨车间外貌合成氨车间外貌*一般要一般要使用催化剂使用催化剂： * *选择选择合适的温度合适的温度：* *选择选择合适的压强合适的压强： 【小结小结反思反思】 这样可以大大加快化学反应这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 既要考虑化学反应速率和化既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。该温度是催化剂活性最大的温度；该温度是催化剂活性最大的温度；工业生产中化学反应条件优化的原则：工业生产中化学反应条件优化的原则：合成氨反应是一个可逆反应合成氨反应是
9、一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知常温常温时时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1常温常温下合成氨反应的平衡常数下合成氨反应的平衡常数K为为.（molL-1)-2【信息支持】从反应条件的选择的角度分析从反应条件的选择的角度分析:你认为合成氨工业的发展方向是怎样的？你认为合成氨工业的发展方向是怎样的？温度温度催化剂催化剂哈伯哈伯900K锇锇现在现在700K铁铁提出固氮酶活性中心的结构模型提出固氮酶活性中心的结构模型 卢嘉锡卢嘉锡迁移应用迁移应用：已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0 其实验数据见表（1 1）从理
10、论上分析，为了）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化使二氧化硫尽可能转化为三氧化 硫硫，可控制的条件是可控制的条件是 （高、低？）温，（高、低？）温， （高、低？）压（高、低？）压（2）实际生产中，选定实际生产中，选定400400500500作为操作温度其原因作为操作温度其原因是是 。（3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。 （4）在生产中，通入过量空气的目是在生产中，通入过量空气的目是 。（5）尾气中有尾气中有SOSO2 2必须回收是为了必须回收是为了 。不同压强不同压强SO2的转化率（的转化率（%）1.01 110105 5PaPa5
11、.05 510105 5PaPa1.01 110106 6PaPa5.05 510106 6PaPa1.01 110107 7PaPa450097.5%98.9%99.2%99.6%99.7%50085.5%92.9%94.9%97.7%98.3%答案答案(1) 低温，高压低温，高压(2) 该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间。反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间。(3) 因为在常压下因为在常压下400500时时SO2的转化率已经的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜。大了成本和能量消耗，不适宜。(4) 增大氧气的浓度，使平衡向生成增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，的方向移动，提高二氧化硫的转化率。提高二氧化硫的转化率。(5) 减少对环境的污染减少对环境的污染作业：作业：1、 上网查找资料上网查找资料,了解目前的化学家了解目前的化学家正在对合成氨进行哪些方面的研究？正在对合成氨进行哪些方面的研究？ 2、 学案学案课后巩固区课后巩固区
鲁科版高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品课件
